كما تعلم ، تدرس الكيمياء بنية وخصائص المواد ، وكذلك تحولاتها المتبادلة. يحتل السؤال عن نوع الجسيمات التي تتكون منها مكانًا مهمًا في توصيف المركبات الكيميائية. يمكن أن تكون ذرات أو أيونات أو جزيئات. في المواد الصلبة ، يدخلون عقد المشابك البلورية. يحتوي التركيب الجزيئي على عدد قليل نسبيًا من المركبات في الحالة الصلبة والسائلة والغازية.
في مقالتنا ، سنقدم أمثلة على المواد التي تتميز بالشبكات البلورية الجزيئية ، وننظر أيضًا في عدة أنواع من التفاعلات بين الجزيئات المميزة للمواد الصلبة والسوائل والغازات.
لماذا تحتاج إلى معرفة بنية المركبات الكيميائية
في كل فرع من فروع المعرفة البشرية ، يمكن للمرء أن يميز مجموعة من القوانين الأساسية التي يعتمد عليها المزيد من التطوير للعلم. في الكيمياء- هذه هي نظرية M. V. Lomonosov و J. D alton ، شرح التركيب الذري والجزيئي للمادة. كما أثبت العلماء ، بمعرفة الهيكل الداخلي ، من الممكن التنبؤ بكل من الخصائص الفيزيائية والكيميائية للمركب. إن الكمية الهائلة من المواد العضوية التي يصنعها الإنسان صناعياً (البلاستيك ، الأدوية ، المبيدات الحشرية ، إلخ) لها خصائص وخصائص محددة سلفاً والتي تعتبر أكثر قيمة لاحتياجاته الصناعية والمنزلية.
المعرفة بميزات هيكل وخصائص المركبات مطلوبة عند إجراء أقسام التحكم والاختبارات والامتحانات في سياق الكيمياء. على سبيل المثال ، في قائمة المواد المقترحة ، ابحث عن الإجابات الصحيحة: ما المادة التي لها بنية جزيئية؟
- زنك.
- أكسيد المغنيسيوم.
- الماس.
- النفثالين
الإجابة الصحيحة هي: الزنك له بنية جزيئية ، وكذلك النفتالين.
قوى التفاعل بين الجزيئات
ثبت تجريبياً أن التركيب الجزيئي هو سمة من سمات المواد ذات نقاط الانصهار المنخفضة والصلابة المنخفضة. كيف يمكن للمرء أن يفسر هشاشة المشابك البلورية لهذه المركبات؟ كما اتضح ، كل شيء يعتمد على قوة التأثير المشترك للجسيمات الموجودة في عقدها. لها طبيعة كهربائية وتسمى التفاعل بين الجزيئات أو قوى فان دير فال ، والتي تعتمد على تأثير الجزيئات ذات الشحنة المعاكسة - ثنائيات الأقطاب - على بعضها البعض. اتضح أن هناك عدة آليات لتشكيلها ،اعتمادا على طبيعة المادة نفسها.
الأحماض كمركبات للتكوين الجزيئي
حلول معظم الأحماض ، العضوية وغير العضوية ، تحتوي على جزيئات قطبية موجهة بالنسبة لبعضها البعض بأقطاب مشحونة بشكل معاكس. على سبيل المثال ، في محلول حمض الهيدروكلوريك HCI توجد ثنائيات أقطاب تحدث تفاعلات توجيهية. مع زيادة درجة الحرارة ، يكون لجزيئات الهيدروكلوريك والهيدروبروميك (HBr) والأحماض الأخرى المحتوية على الهالوجين انخفاض في تأثير الاتجاه ، حيث تتداخل الحركة الحرارية للجسيمات مع جاذبيتها المتبادلة. بالإضافة إلى المواد المذكورة أعلاه ، فإن السكروز والنفتالين والإيثانول والمركبات العضوية الأخرى لها بنية جزيئية.
كيف يتم إنتاج الجسيمات المشحونة المستحثة
في وقت سابق ، اعتبرنا إحدى آليات عمل قوى فان دير فال ، تسمى التفاعل التوجيهي. بالإضافة إلى المواد العضوية والأحماض المحتوية على الهالوجين ، فإن أكسيد الهيدروجين والماء له بنية جزيئية. في المواد التي تتكون من جزيئات غير قطبية ، ولكنها عرضة لتكوين ثنائي القطب ، جزيئات ، مثل ثاني أكسيد الكربون CO2، يمكن للمرء أن يلاحظ ظهور الجسيمات المشحونة المستحثة - ثنائيات الأقطاب. أهم خصائصهم هي القدرة على جذب بعضهم البعض بسبب ظهور قوى الجذب الكهروستاتيكية.
التركيب الجزيئي للغاز
في العنوان الفرعي السابق ذكرنا مركب ثاني أكسيد الكربون. كل ذرة من ذراتها تخلق مجالًا كهربائيًا حول نفسها ، مما يحفزالاستقطاب لكل ذرة من جزيء ثاني أكسيد الكربون القريب. يتحول إلى ثنائي القطب ، والذي بدوره يصبح قادرًا على استقطاب جسيمات CO2الأخرى. نتيجة لذلك ، تنجذب الجزيئات لبعضها البعض. يمكن أيضًا ملاحظة التفاعل الاستقرائي في المواد المكونة من جزيئات قطبية ، ومع ذلك ، في هذه الحالة ، يكون أضعف بكثير من قوى فان دير فالس التوجيهية.
تفاعل التشتت
كل من الذرات نفسها والجسيمات التي تتكون منها (النواة والإلكترونات) قادرة على الحركة الدورانية والتذبذبية المستمرة. يؤدي إلى ظهور ثنائيات القطب. وفقًا لبحوث ميكانيكا الكم ، فإن حدوث الجسيمات المشحونة بشكل مضاعف بشكل فوري يحدث في كل من المواد الصلبة والسوائل بشكل متزامن ، بحيث تتحول أطراف الجزيئات المجاورة إلى أقطاب متقابلة. هذا يؤدي إلى جاذبيتها الكهروستاتيكية ، والتي تسمى تفاعل التشتت. إنها مميزة لجميع المواد ، باستثناء تلك الموجودة في الحالة الغازية ، والتي تكون جزيئاتها أحادية الذرة. ومع ذلك ، يمكن أن تظهر قوى فان دير فال ، على سبيل المثال ، أثناء انتقال الغازات الخاملة (الهيليوم والنيون) إلى الطور السائل عند درجات حرارة منخفضة. وبالتالي ، فإن التركيب الجزيئي للأجسام أو السوائل يحدد قدرتها على تكوين أنواع مختلفة من التفاعل بين الجزيئات: التوجيهي أو المستحث أو التشتت.
ما هو التسامي
التركيب الجزيئي لمادة صلبة ، مثل بلورات اليود ،يسبب ظاهرة فيزيائية مثيرة للاهتمام مثل التسامي - تطاير جزيئات I2في شكل أبخرة بنفسجية. يحدث من سطح مادة في المرحلة الصلبة ، متجاوزًا الحالة السائلة.
يتم إجراء هذه التجربة المرئية المذهلة غالبًا في فصول الكيمياء المدرسية لتوضيح السمات الهيكلية للشبكات البلورية الجزيئية وخصائص المركبات ذات الصلة. عادة ما تكون هذه صلابة منخفضة ، ونقاط انصهار وغليان منخفضة ، وتوصيل حراري وكهربائي ضعيف ، وتقلب.
استخدام عملي للمعرفة حول بنية المواد
كما رأينا ، يمكن إنشاء ارتباط معين بين نوع الشبكة البلورية وهيكل وخصائص المركب. لذلك ، إذا كانت خصائص مادة ما معروفة ، فمن السهل جدًا التنبؤ بخصائص هيكلها وتكوين الجسيمات: الذرات أو الجزيئات أو الأيونات. يمكن أن تكون المعلومات التي تم الحصول عليها مفيدة أيضًا إذا كان من الضروري في المهام الكيميائية تحديد المواد التي لها بنية جزيئية من مجموعة معينة من المركبات بشكل صحيح ، باستثناء تلك التي تحتوي على أنواع ذرية أو أيونية من المشابك.
بإيجاز ، يمكننا أن نستنتج ما يلي: التركيب الجزيئي لجسم صلب ، وبنيته المكانية من المشابك البلورية ، وترتيب الجسيمات المستقطبة في السوائل والغازات مسؤولة مسؤولية كاملة عن خصائصه الفيزيائية والكيميائية. من الناحية النظرية ، فإن خصائص المركبات ،تحتوي على ثنائيات أقطاب تعتمد على حجم قوى التفاعل بين الجزيئات. كلما زادت قطبية الجزيئات وصغر نصف قطر الذرات المكونة لها ، زادت قوى التوجيه التي تنشأ بينها. على العكس من ذلك ، كلما كبرت الذرات التي يتكون منها الجزيء ، زادت عزمه ثنائي القطب ، وبالتالي ، زادت أهمية قوى التشتت. وبالتالي ، فإن التركيب الجزيئي للمادة الصلبة يؤثر أيضًا على قوى التفاعل بين جسيماتها - ثنائيات الأقطاب.
